[제42주차 IR52 장영실상] 현대제철-현대차 / `TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1㎬ 소재`

[제42주차 IR52 장영실상] 현대제철-현대차 / `TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1㎬ 소재`

 

등록일 2020-10-30

 

 

▲첫번째 사진 왼쪽부터 유병길, 이창용 현대제철 책임

▲두번째 사진 왼쪽부터 김소연, 김성원 현대자동차책임

현대제철과 현대자동차가 공동으로 개발한 `TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1㎬ 소재`가 2020년 42주 차 iR52 장영실상을 수상했다. 1㎬ 소재는 외부 충돌에 버티는 차량 뼈대 역할을 하는 `센터필러`를 만드는 데 쓰인다. ㎬는 재료 강도를 측정하는 단위로, 1㎬는 가로세로 1㎜ 크기 재료가 100㎏ 무게를 버틸 수 있는 강도로 기존 자동차 외부 판재보다 2~5배 강한 수준이다.

충돌에 대한 안전성을 확보하는 한편 연비 개선을 위한 차체 경량화라는 두 마리 토끼를 잡기 위해 현대제철은 센터필러 부품 제작에 쓰일 새로운 소재 개발에 나섰고 현대차는 부품 설계를 맡았다. 양 사가 함께 개발한 TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1㎬ 소재를 활용해 자동차 1대에 두 개씩 들어가는 센터필러 부품 무게를 기존 14.1㎏에서 12.9㎏까지 줄였다. 10% 가까이 차체 무게가 줄어들면서 연비도 그만큼 개선됐다는 설명이다. 이처럼 경량화를 이루는 한편 센터필러 부품 안전성은 여전히 `좋음(Good)` 수준을 유지했다.

두 회사가 공동개발한 소재로 제작한 센터필러는 현대차 `아반떼` 차량에 장착되고 있는데 올해 예상 매출액은 101억원 규모다. 해당 제품을 동급 현대·기아차 준·중형 이상급 차량에 적용하는 것을 검토하고 있는데 장착이 확정되면 매출이 현 수준에서 3배 이상 증가할 전망이다.

 

현대제철주식회사, 현대자동차(주)

TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1GPa 소재 (SABC980)

회사명 : 현대제철주식회사, 현대자동차(주)대표자 : 안동일제품명 : TWB 핫스탬핑 차체 부품용 1GPa 소재 (SABC980)모델명 : SABC980(Steel plate aluminized boron Cold Rolled 980)개발기술명 : 1GPa 핫스탬핑 소재 적용 TWB 차체 부품 개발선정분야 : 기계

제품소개 용도 및 기능수상 제품은 차량 측면 충돌시 승객의 안전성 향상을 위한 차체 부품용 1GPa 강도의 도금 핫스탬핑 소재이며 이를 활용하기 위한 판재 맞대기 레이져 기술과 부품화 기술을 포함 한다. 상이한 재질이나 두께를 갖는 소재를 TWB*(Tailor Welded Blank) 레이져 용접하여 단일 판재로 제작한 후, 이 판재를 고온 열처리+성형+냉각 한번의 공정 거쳐 차체 부품으로 제작 한다. 충돌지지부는 초고강도 1.5GPa급 핫스탬핑 소재 적용, 충돌에너지 흡수부는 고강도 1GPa 구현하여 차체 충돌안전성 향상 및 경량화 기여한다.차별적 특징본 수상 제품은 크게 3가지의 기술적 특징을 갖는다. 철강 소재는 가열하면 연한 성질을 나타내는 특징이 있는데, 핫스탬핑 범용 소재는 핫스탬핑 가열 공정을 통하여 연질의 상태에서 연속적으로 3차원적 금형 성형 및 급속 냉각을 하여 1.5GPa의 강도를 안정적으로 확보할 수 있다. 하지만 1GPa의 강도를 갖는 소재는 핫스탬핑 공정 중 금형 냉각속도나 가열로 추출 후 금형 성형/냉각 공정 전 공기중 냉각 시간에 따라서 핫스탬핑 후 강도나 인성 편차가 발생 할 수 있다. 이러한 편차 제어를 위하여 일반적인 1.0GPa급 철강 열연, 냉연 소재 개념을 탈피하여 낮은 탄소 함량, 결정립 미세화 기술을 적용한 소재를 개발할 수 있었다. 이는 해외 동종사(ArcelorMittal)의 0.5GPa급의 범용 소재에 대비하여 2배의 강도 및 동등 수준의 인성(충돌성능)을 안정적으로 확보할 수 있는 세계적인 경쟁력을 갖춘 독창적인 철강 소재라 하겠다. TWB 용접은 타 제품과 비교하여 그 차별점이 명확하다. 기존 경쟁사 기술은 용접 맞대기부 표면의 알루미늄 도금층을 제거하고 바로 레이져 용접을 하는 방법으로, 별도 도금층 제거 공정을 수행해야 한다. 하지만 본 제품에 적용된 기술은 기존 기술과 달리 용접부에 필어와이어를 주입하면서 용접을 실시하는 방식으로 도금층 제거를 위한 별도의 공정이 불필요한 효율적인 용접 기술이다. 차체 센터필러부품은 각 자동차사별로 다양한 방식의 소재와 부품 기술이 적용되고 있으며 수상제품과 유사한 컨셉의 부품은 국부연화공법와 TRB(Tailor Rollded Blank)이다. 국부연화공법은 부품 성형시 영역별 냉각 소도 차이를 주어 동일 부품에 다른 재질 갖도록 하는 공법이다. 이 공법 적용시 이종 재질 구현을 통한 충돌 성능 확보는 가능하나 부품 조립 편차, 재질 편차 관리가 동일한 두께로 소재가 적용되므로 경량화 효과가 낮다. TRB 공법의 부품의 경우 해외 라이센스 비용과 대규모의 냉연 압연설비가 필요하여 초기 단계에 많은 비용이 발생한다. 부품 적용시에도 두께가 바뀌는 천이 최소 구간이 필요하여 설계 제약이 따르며, 인장 강도가 동일할 경우에만 적용 할 수 있다. 이런 점을 고려하면 당사에서 개발한 1GPa 핫스탬핑 소재와 핫스탬핑 TWB 용접기술을 적용한 센터필러 부품은 충돌성능, 차체 경량화에 크게 기여할 수 있는 제품 및 기술이다. 담당부서현대제철 연구개발본부 응용기술실 부품개발지원팀(0416808337)